專利名稱：用于pcb安裝式微波凹腔共振腔的耦合機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以將微波信號從嵌入于印刷電路板PCB中的傳輸線耦合到安裝于所述PCB上的共振腔的耦合機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
RF前端濾波/雙工裝置構(gòu)成用于現(xiàn)代蜂窩式高功率基站(BTS)的性能及相容性的最關(guān)鍵裝置之一。由于對高的總體BTS功率效率的要求及法規(guī)機(jī)構(gòu)所強(qiáng)加的嚴(yán)格的相容性規(guī)則，這些濾波/雙工裝置的傳遞函數(shù)應(yīng)滿足數(shù)個嚴(yán)格的規(guī)范，例如最小帶內(nèi)插入損耗、最大帶外拒斥及高的近帶選擇性。此些傳遞函數(shù)的實施方案連同通常需要的高功率處置能力一起導(dǎo)致了體積龐大且其制作昂貴的濾波裝置。就根本的RF技術(shù)來說，這些濾波器通常由波導(dǎo)/腔共振器構(gòu)成，所述波導(dǎo)/腔共·振器經(jīng)由形成所述腔的壁上的膜孔或其它缺陷而耦合。假定共振腔及所采用的耦合機(jī)構(gòu)的確切尺寸確定濾波器的RF特性(操作頻帶、插入損耗、回程損耗)，那么在其制作期間需要高的機(jī)械準(zhǔn)確度。不過，在生產(chǎn)過程期間幾乎從未實現(xiàn)所需的準(zhǔn)確度，且因此，濾波器的傳遞函數(shù)的優(yōu)化需要生產(chǎn)后手動調(diào)諧。預(yù)想到未來的能夠支持高得多的數(shù)據(jù)速率及更繁忙的業(yè)務(wù)的蜂窩式網(wǎng)絡(luò)由更小的小區(qū)(更小的每BTS輻射功率)構(gòu)成或采用由每元件(例如，有源天線陣列)輻射中等功率電平的數(shù)個模塊化無線電設(shè)備構(gòu)成的BTS。在此些情況中，由每一 BTS RF前端輻射的減少的功率可允許放寬的濾波器要求(例如，對帶內(nèi)插入損耗或近帶選擇性的放寬的要求)，但這些BTS的架構(gòu)將強(qiáng)加與濾波器的體積及重量以及其與其余RF前端的可集成性有關(guān)的一些額外要求。假定這些新的要求，相比于現(xiàn)代BTS的傳統(tǒng)高功率濾波/雙工裝置，未來小的小區(qū)或模塊化BTS的濾波/雙工裝置可能更類似于當(dāng)前在移動終端中所采用的那些裝置。實際上，將自身定位于這兩種極端情況之間的濾波技術(shù)(就其質(zhì)量性能及其大小性質(zhì)來說)將最適合于此些應(yīng)用。陶瓷濾波器是可為此些應(yīng)用提供專業(yè)化市場解決方案的技術(shù)之一。不過，滿足中等功率處置規(guī)范(例如，大于4W的平均功率)或嚴(yán)格的隔離條件(例如，針對FDD LTE2.66取頻帶的1^/1^隔離)的此些濾波器的設(shè)計始終是不可能的。此外，此技術(shù)的成本太多地取決于生產(chǎn)量，且除非以數(shù)百萬的數(shù)量生產(chǎn)此些濾波器，否則每濾波器的成本仍相對聞?？稍谕瑫r需要高質(zhì)量濾波性能及相對小的大小性質(zhì)或可集成性特征的應(yīng)用中采用的另一濾波技術(shù)是表面安裝濾波技術(shù)。在此方法中，將例如凹腔(同軸)共振器的3-D共振腔(能夠遞送高Q值)安裝于常規(guī)印刷電路板PCB上。經(jīng)由嵌入于PCB中的傳輸線來互連這些腔。也使用相同的傳輸線來實施所需的濾波函數(shù)。以此方式，濾波裝置可與RF前端的其余部分集成在同一 PCB上。圖I中描繪安裝于印刷電路板PCB 14上的常規(guī)微波凹腔(同軸)共振器的橫截面表示。在此配置中，共振器10的3-D部分焊接(經(jīng)由焊接層13)在印刷電路板PCB 14的外部金屬化表面上。在此情況中，共振器10的3-D部分及PCB的由3-D組件定界的外部表面兩者形成共振腔15。就共振器10的3-D部分而論，其由外壁11、內(nèi)部凹腔短柱/桿12構(gòu)成且可具有圓柱形或矩形形狀(在同軸配置中)?？赏ㄟ^在金屬體積中銑削或由金屬體積澆鑄或者通過對塑料3-D模殼(用于重量減少)進(jìn)行金屬鍍敷來形成此部分。填充有空氣的共振腔15的電磁性質(zhì)取決于有效同軸配置(即，內(nèi)部桿12的長度及其距腔的外部壁11的距離)及在內(nèi)部桿12與PCB的構(gòu)成共振腔的部分的外部金屬化表面之間形成的電容性間隙16的確切尺寸。為使用與圖I的共振腔類似的共振腔合成微波濾波結(jié)構(gòu)，必須將微波信號導(dǎo)引到所述腔及遠(yuǎn)離所述腔導(dǎo)引微波信號。這可經(jīng)由所采用的PCB且通過在其上嵌入不同類型的傳輸線來完成。這也不意性地表不于圖I中，其中嵌入于PCB上的輸入波導(dǎo) /傳輸線17將微波信號導(dǎo)引到腔、經(jīng)由耦合機(jī)構(gòu)18將信號饋送到腔中且接著經(jīng)由另一耦合機(jī)構(gòu)19將共振信號饋送到輸出波導(dǎo)/傳輸線20。接著，可基于常規(guī)濾波器合成模型(例如圖2的濾波器合成模型)而合成微波濾波器，其中所采用的共振器30經(jīng)由經(jīng)恰當(dāng)合成以實施特定傳遞函數(shù)的導(dǎo)納反相器31互連。在例如圖I的腔等腔的情況中，也可使用PCB嵌入式傳輸線來設(shè)計所述反相器。針對例如圖I的共振腔等共振腔的實施方案，以使得此配置的比較性優(yōu)點保持未受影響(完全印刷的互連線及耦合機(jī)構(gòu))的方式對耦合機(jī)構(gòu)18、19的設(shè)計構(gòu)成最具挑戰(zhàn)性的部分。例如，在簡 海賽巴斯(Jan Hesselbarth)的例如以下各項的文件中提出了若干解決方案標(biāo)題為“凹腔共振腔、包含此些腔的濾波器及制造方法(Re-entrant resonantcavities, filters including such cavities and method of manufacture)，，的專利申請案WO 2008/036180A2 ;標(biāo)題為“共振腔及制造此些腔的方法(Resonant cavities andmethod ofmanufacturingsuch cavities) ” 的專利申請案 WO 2008/036179 Al ;標(biāo)題為“凹腔共振腔、包含此些腔的濾波器及制造方法(Re-entrant resonant cavities, filtersincluding such cavities andmethod of manufacture) ” 的專利申請案 WO 2008/036178Al ;及2007年歐洲微波會議會刊中的出版物“表面安裝腔濾波器技術(shù)(Surface-mountcavity filter technology) ” (2007 年 10 月，第 442 到 445 頁)。其中，通過將3-D共振腔分成兩個半部并將腔的第一半部定位于PCB的上部外部表面上且將腔的另一半部定位于PCB的下部外部表面上來對付以上挑戰(zhàn)，如圖3中所展示。在此配置中，穿過PCB使用嵌入于所述PCB中的通孔柱44電連接所述腔的兩個部分，且經(jīng)由穿透所述腔的傳輸線45將微波信號電耦合到所述腔的內(nèi)部短柱及從所述內(nèi)部短柱電耦合微波信號。已用實驗證實此方法，但假定PCB自身及互連通孔柱為共振腔的部分，則呈此配置的腔的操作通常伴隨有相對高的損耗(降低的質(zhì)量因數(shù))。用于將微波信號饋送到PCB安裝式3-D共振腔及從PCB安裝式3_D共振腔饋送微波信號的耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計中的主要挑戰(zhàn)是保持此些配置的主要比較性優(yōu)點(經(jīng)由完全印刷的PCB嵌入式網(wǎng)絡(luò)互連的高Q共振器)，同時實現(xiàn)提供大的耦合系數(shù)范圍及腔共振的某一可調(diào)諧性的低損耗耦合機(jī)構(gòu)的所要功能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供用以將微波信號饋送到與上文所描述的圖I的共振腔類似的3-D PCB安裝式共振腔但實施產(chǎn)生高質(zhì)量濾波的易于制作的機(jī)構(gòu)的耦合機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的表征實施例，此目標(biāo)由于以下事實而實現(xiàn)所述傳輸線的端具備位于所述PCB的外部層處所述共振腔內(nèi)部的金屬化饋送墊。以此方式，金屬化饋送墊的大小及位置界定并允許調(diào)整耦合機(jī)構(gòu)，同時提供具有可再現(xiàn)特性的高質(zhì)量濾波。本發(fā)明的另一表征實施例是所述共振腔具備正交于所述PCB且通過電容性間隙與所述PCB分離的凹腔內(nèi)部短柱，且所述金屬化饋送墊在所述電容性間隙的區(qū)域中面向所述內(nèi)部短柱并從所述內(nèi)部短柱的軸向方向偏移。
所提出的濾波器技術(shù)與已知現(xiàn)有技術(shù)的濾波器技術(shù)相比展現(xiàn)明顯改進(jìn)的性能。本發(fā)明技術(shù)對于制造誤差來說更穩(wěn)健，且所得RF濾波器的操作與顯著減少的插入損耗相關(guān)聯(lián)(較容易維持3-D共振腔的高Q值)。此外，本發(fā)明的另一表征實施例是所述共振腔安裝于所述PCB的外部金屬化表面上，且所述金屬化饋送墊通過表面電容性間隙與所述外部金屬化表面分離。由金屬化饋送墊相對于凹腔內(nèi)部短柱的軸向方向的相對偏移位置形成的電容性間隙及將金屬化饋送墊與所述PCB的外部金屬化表面分離的表面電容性間隙界定所述耦合機(jī)構(gòu)的特性。在本發(fā)明的優(yōu)選表征實施例中，所述金屬化饋送墊具有由所述表面電容性間隙環(huán)繞且其中心從所述內(nèi)部短柱的所述軸向方向偏移的圓盤的形狀。雖然所述金屬化饋送墊可具有幾乎任何形狀，但已證明圓盤形式產(chǎn)生最優(yōu)的結(jié)果。在本發(fā)明的變體實施例中，所述PCB具備輸入嵌入式傳輸線，其輸入端具備輸入金屬化饋送墊；及輸出嵌入式傳輸線，其輸出端具備輸出金屬化饋送墊，且所述輸入及輸出金屬化饋送墊位于所述PCB的所述外部層處所述共振腔內(nèi)部且通過電壁分離。所提出的濾波器技術(shù)為需要以下各項的應(yīng)用(現(xiàn)代BTS/節(jié)點B/e節(jié)點B/等的RF前端)提供專業(yè)化市場解決方案高質(zhì)量濾波性能及相對高功率處置能力連同低體積性質(zhì)及高集成度(濾波器與RF前端的其它組件集成)。這些特征連同其低成本及完全自動化制作過程(完全印刷的PCB/焊接的頂部安裝式金屬化塑料腔)使本發(fā)明耦合機(jī)構(gòu)成為用于未來PCB安裝式微波凹腔共振腔的非常有前景的技術(shù)。在所附權(quán)利要求書中提及本發(fā)明耦合機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步表征實施例。應(yīng)注意，在權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語“包括”或“包含”不應(yīng)解釋為限制于其后所列出的構(gòu)件。因此，例如“包括構(gòu)件A及B的裝置”的表達(dá)的范圍不應(yīng)限于僅由構(gòu)件A及B組成的裝置的實施例。其意指，關(guān)于本發(fā)明的實施例，A及B是所述裝置的基本構(gòu)件。類似地，應(yīng)注意，也在權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“耦合”不應(yīng)解釋為僅限制于直接連接。因此，例如“裝置A耦合到裝置B”的表達(dá)的范圍不應(yīng)限于其中裝置A的輸出直接連接到裝置B的輸入的裝置的實施例。其意指，在A的輸出與B的輸入之間可存在一路徑，所述路徑可包含其它裝置或構(gòu)件。


通過參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下對實施例的描述，本發(fā)明的以上及其它目標(biāo)及特征將變得更加顯而易見且將最佳地理解本發(fā)明自身，附圖中圖I展示由安裝于PCB上的3-D凹腔(同軸)共振器形成的經(jīng)典共振腔；圖2表示采用導(dǎo)納反相器的圖I的共振腔的濾波器合成模型；圖3展示從現(xiàn)有技術(shù)已知的另一 PCB安裝式共振腔；圖4展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于將信號從PCB嵌入式波導(dǎo)(條帶線)耦合到單個PCB安裝式共振腔的耦合機(jī)構(gòu)；圖5是圖4的耦合機(jī)構(gòu)在PCB的外部表面的層級處相對于安裝式3-D共振腔的位置的俯視圖；圖6表示圖4及5的耦合機(jī)構(gòu)的等效電路；圖7展示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用于將信號從PCB嵌入式波導(dǎo)(條帶線)耦合到單個共振腔及相反操作的耦合機(jī)構(gòu)；圖8展示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用于將信號從PCB嵌入式波導(dǎo)(條帶線)耦合到一對電感性耦合的共振腔及相反操作的耦合機(jī)構(gòu)；圖9表示根據(jù)圖8的配置的濾波器合成模型；圖10展示采用根據(jù)本發(fā)明實施例的耦合機(jī)構(gòu)將微波信號從PCB嵌入式波導(dǎo)(條帶線)耦合到3-D共振腔及進(jìn)行相反操作的4極切比雪夫濾波器的3-D模型；圖11是圖10的3-D模型中所采用的單一對電感性耦合的共振腔的俯視圖；圖12是圖10的3-D模型沿著單一對電感性耦合的共振腔的橫截面視圖；圖13展示微波信號從PCB嵌入式條帶線131到電感性耦合的共振腔對的耦合機(jī)構(gòu)；且圖14表示圖10的4極濾波器的模擬響應(yīng)。
具體實施例方式圖4及圖5及中呈現(xiàn)滿足本發(fā)明的所有要求的耦合機(jī)構(gòu)的實施例。在圖4處展示印刷電路板PCB安裝式微波凹腔共振腔的橫截面表示，而圖5展示耦合機(jī)構(gòu)在PCB的外部表面的層級處相對于安裝式3-D共振腔的位置的俯視圖。如同在安裝于PCB上的常規(guī)微波凹腔(同軸)共振器中，本發(fā)明共振器的3-D部分焊接在PCB的外部金屬化表面上。共振器的3-D部分及PCB的由3-D組件定界的外部表面兩者形成共振腔60。共振器的3-D部分由外壁、內(nèi)部凹腔短柱或桿64構(gòu)成且可具有圓柱形或矩形形狀(在同軸配置中)。可通過在金屬體積中銑削或由金屬體積澆鑄或者通過對塑料3-D模殼(主要用于重量減少)進(jìn)行金屬鍍敷來形成此部分。凹腔內(nèi)部桿64正交于所述PCB，其中一端固定到外壁，而另一端面向PCB且通過電容性間隙66與所述PCB分離。共振填充有空氣的共振腔60的電磁性質(zhì)取決于有效同軸配置(即，內(nèi)部桿64的長度及其距腔的外部壁的距離)及在內(nèi)部桿64與PCB的構(gòu)成共振腔的部分的外部金屬化表面之間形成的電容性間隙66的確切尺寸。認(rèn)為經(jīng)由嵌入式波導(dǎo)/傳輸線61將微波信號導(dǎo)引到共振器，嵌入式波導(dǎo)/傳輸線61采用PCB的其上安裝3-D腔的外部金屬化表面作為接地平面。舉例來說，可以微條帶或條帶線技術(shù)來實施此線。當(dāng)微波信號到達(dá)饋送傳輸線的端時，經(jīng)由垂直通孔柱(或通孔柱陣列)62將所述微波信號導(dǎo)引到位于腔內(nèi)部所述PCB的其上安裝3-D共振器的外部層處的金屬化饋送墊63。在圖5中，清晰地描繪此金屬化饋送墊71相對于安裝于PCB 73的外部表面上的共振腔的同軸配置72的位置的俯視圖。假定在饋送墊71與PCB的外部表面73之間不存在電連接，則跨越在其之間形成的表面電容性間隙74將支持位移電流。金屬化饋送墊63/71優(yōu)選地具有由表面電容性間隙74環(huán)繞且其中心從內(nèi)部凹腔短柱/桿64的軸向方向偏移的圓盤的形狀。此為將微波信號饋送到共振腔的第一電磁稱合機(jī)構(gòu)，假定PCB的外部表面的在金屬化饋送墊周圍的部分構(gòu)成共振腔的部分，如圖4中所展示。此耦合的電磁性質(zhì)(即，量值)取決于墊的半徑及表面電容性間隙74的寬度。這·兩個特征可在設(shè)計PCB時加以調(diào)整(而不論共振腔的3-D部分如何)且在合成特定濾波傳遞函數(shù)及對應(yīng)PCB布局時構(gòu)成顯著設(shè)計參數(shù)。金屬化饋送墊63/71與共振腔之間的第二電磁耦合機(jī)構(gòu)是在3-D同軸配置的內(nèi)部短柱64與饋送墊自身之間支持的電容。如圖5中所展示，饋送墊與共振器的內(nèi)部短柱在表面75上重疊，表面75取決于饋送墊的半徑及其相對于共振器的3-D部分的同軸配置的中心的位置(偏移)。這兩個參數(shù)構(gòu)成在濾波器合成與PCB布局設(shè)計期間應(yīng)恰當(dāng)設(shè)定的另兩個主要設(shè)計參數(shù)。此第二耦合機(jī)構(gòu)的重要性歸因于以下事實除提供饋送墊與共振腔之間的電磁耦合以外，其還提供一種經(jīng)由PCB的設(shè)計/布局來略微地調(diào)整及調(diào)諧共振腔的共振的手段。具體來說，在引入饋送墊的情況下，將在PCB的其上安裝3-D腔的外部層與同軸配置的內(nèi)部短柱之間支持的總電容(其最初在估計共振腔的總電容及其共振頻率中起到關(guān)鍵作用)劃分成兩個分量。第一分量是在饋送墊與腔的3-D部分的內(nèi)部短柱之間支持的電容，且第二分量是由在饋送墊周圍的與腔的3-D部分的內(nèi)部短柱覆疊的外部PCB表面支持的表面電容。這兩個電容之間的比率應(yīng)與饋送墊表面和與同軸配置的內(nèi)部桿覆疊的外部PCB表面的比率相等且因此可通過調(diào)整饋送墊的位置來加以調(diào)整。雖然這兩個電容的總和應(yīng)與第一情況的總電容近似相等，但在后一情況中，饋送墊與同軸配置的內(nèi)部短柱之間的電容并不影響共振腔的電容特性及共振頻率。因此，通過更改(增加/減小)此電容，可相反地更改(減小/增加)共振腔的總電容。通過此手段，可經(jīng)由外部PCB表面的布局的設(shè)計來調(diào)整共振腔的有效共振頻率。為了示意性地表示所提出耦合機(jī)構(gòu)的主要性質(zhì)，圖6中展示與圖4的配置類似的配置的等效電路。在此等效電路中，經(jīng)由分路LC電路來表示共振腔，所述分路LC電路由歸因于3-D同軸配置的電感Lraax及電容Craax以及歸因于在同軸配置的內(nèi)部短柱與其上安裝3-D腔且構(gòu)成共振腔的部分的PCB表面之間支持的電容的電容Cgap。在不存在饋送墊的情況下，此電容僅僅取決于間隙的幾何特性(間隙寬度d及其上支持電容的總面積S，Cgap= e。S/d)且直接給同軸共振器加負(fù)載(根據(jù)圖6的記號，C0_Cgap)。在存在饋送墊的情況下，將此電容分成兩個分量其中的在共振器的內(nèi)部短柱與接地平面之間支持的一者與之前類似地給同軸共振器加負(fù)載，且在共振器的內(nèi)部短柱與饋送墊之間支持的第二者對應(yīng)于串聯(lián)連接到共振器的耦合電容。這兩個電容之間的比率由與饋送圓盤重疊的內(nèi)部短柱面積的分?jǐn)?shù)界定。因此，如果將重疊比率視為k，那么C。= (1-k) Cgap且C_=k Cgap0最終，可將饋送圓盤與PCB的構(gòu)成共振腔的部分的外部表面之間的耦合電容視為與共振器并聯(lián)(在圖6中，Csh)。在常規(guī)濾波器配置中，必須將電磁信號導(dǎo)引到構(gòu)成濾波器的共振器中的每一者及從所述每一者導(dǎo)引電磁信號，如圖I中所展示。因此，需要在腔中的每一者內(nèi)實施與在前文中呈現(xiàn)的那些耦合機(jī)構(gòu)類似的兩個耦合機(jī)構(gòu)。此描繪于圖7中，其中輸入傳輸線81經(jīng)由耦合機(jī)構(gòu)82將信號導(dǎo)引到腔中的輸入金屬化饋送墊，而耦合機(jī)構(gòu)83將信號從腔中的輸出金屬化饋送墊耦合到輸出傳輸線84。圖7的配置易于出現(xiàn)可能影響、劣化或限制腔共振器作為微波濾波器的部分的操 作的數(shù)種寄生現(xiàn)象。假定耦合機(jī)構(gòu)82及83的緊湊大小，其彼此靠近而定位。此可能經(jīng)由共振腔自身或經(jīng)由其上安裝腔的襯底而導(dǎo)致所述耦合機(jī)構(gòu)之間的某一直接耦合，從而劣化共振器的電磁性能。即使可借助使用插入于所述耦合機(jī)構(gòu)之間的電壁85(可使用緊密間隔的銅通孔來實施此壁)來解決后一情況，避免兩個耦合機(jī)構(gòu)之間經(jīng)由共振腔的直接電磁耦合也幾乎不可能。事實上，此問題的簡單解決方案將是使其保持彼此盡可能遠(yuǎn)。不過，此方法將減少耦合圓盤中的每一者與共振器的內(nèi)部短柱之間的重疊面積(圖5中的75)，且因此減小由那些機(jī)構(gòu)中的每一者實施的總的可實現(xiàn)耦合系數(shù)。因此，與圖7的配置類似的配置可能并非由安裝于PCB上的腔共振器構(gòu)成的濾波器的優(yōu)選實施方案。圖8中展示此些濾波器的優(yōu)選替代實施方案。在此實施方案的背景中，將用于PCB安裝式共振腔濾波器的設(shè)計的模塊化元件視為與圖8中所展示的3-D共振同軸腔對類似的電感性耦合3-D共振同軸腔對。在此方法中，必須在一個塊91內(nèi)構(gòu)建3-D同軸共振器中的任何兩者。在將輸入共振腔與輸出共振腔分離的共用電壁95上，膜孔敞口窗92確保構(gòu)建于同一塊上的兩個腔之間的電感性耦合。所述對中的輸入/輸出共振腔分別具備正交于PCB且通過輸入/輸出電容性間隙與所述PCB分離的不同輸入/輸出內(nèi)部短柱。此外，在所述對中的輸入共振腔中實施輸入金屬化饋送墊，而在所述對中的輸出共振腔中實施輸出金屬化饋送墊。輸入金屬化饋送墊在輸入電容性間隙的區(qū)域中面向輸入內(nèi)部短柱的端面并從此輸入內(nèi)部短柱的軸向方向偏移，且輸出金屬化饋送墊在輸出電容性間隙的區(qū)域中面向輸出內(nèi)部短柱的端面并從此輸出內(nèi)部短柱的軸向方向偏移。耦合窗92的確切尺寸確定對應(yīng)電感性耦合的量值。與圖8的配置類似的配置的優(yōu)點為，其允許經(jīng)由輸入耦合機(jī)構(gòu)93將微波信號從PCB饋送到輸入腔且接著經(jīng)由輸出耦合機(jī)構(gòu)94將經(jīng)濾波信號從輸出腔耦出到所述PCB。以此方式，在兩個不同腔中實施兩個PCB-腔耦合機(jī)構(gòu)，且因此不存在其之間(經(jīng)由腔)的顯著的寄生直接耦合。此外，根據(jù)濾波器設(shè)計程序的要求自由選擇與兩個耦合機(jī)構(gòu)中的每一者相關(guān)聯(lián)的設(shè)計參數(shù)(即，饋送圓盤直徑、饋送圓盤的位置等)，而不必滿足任何主要限制(即，兩個耦合機(jī)構(gòu)的大小、相對位置等)。當(dāng)采用圖8的配置來合成濾波裝置時，應(yīng)根據(jù)圖9的模型來合成濾波函數(shù)。在此模型中，經(jīng)由基于傳輸線的導(dǎo)納反相器(Jcil及JNN+1)來實施去往及來自濾波器的第一個及最后一個共振器的輸入及輸出耦合，而使用電感性耦合膜孔(Mu)及基于傳輸線的阻抗反相器(Jij)可互換地實施共振器之間的耦合。為了檢驗采用借助于本發(fā)明中所提出的耦合機(jī)構(gòu)激發(fā)及互連的3-D凹腔(同軸)共振器來設(shè)計PCB安裝式濾波器的可能性，已設(shè)計并模擬4階切比雪夫濾波器。此濾波器的目標(biāo)操作頻帶已為WCDMA空中接口的下行鏈路Tx頻帶(2110MHz到2170MHz)。圖10中描繪用于模擬此濾波器的模型。針對此濾波器實施方案，采用圖8的配置。具體來說，在兩對電感性耦合的共振器中構(gòu)建4階濾波器的四個共振器。接著，經(jīng)由在PCB上實施的導(dǎo)納反相器來互連這兩對，且根據(jù)圖9的模型來合成濾波函數(shù)。參考圖10的3-D模型，在兩個金屬體積100中銑削兩對電感性耦合的腔。認(rèn)為這些體積焊接于在其上部側(cè)及下部側(cè)兩者上均進(jìn)行金屬鍍敷的PCB 101的頂部表面上。在PCB內(nèi)部，采用條帶線來合成互連導(dǎo)納反相器。此外，已在PCB內(nèi)嵌入短接PCB的兩個側(cè)(所 采用條帶線的接地平面)的銅通孔102，以增強(qiáng)耦合機(jī)構(gòu)之間的電磁隔離且減少與條帶線的操作相關(guān)聯(lián)的寄生效應(yīng)。圖11中描繪在金屬體積(圖10中的100)中銑削的兩對電感性耦合的凹腔共振器中的每一者的仰視圖。在此實施方案中，兩個共振腔110由圓柱形內(nèi)部桿111及矩形外壁112構(gòu)成。在一般情況中，內(nèi)部及外部接觸器的形狀可為支持類似同軸配置的任何形狀。最終，經(jīng)由通過從分離兩個腔的壁移除材料而形成的膜孔113來耦合兩個腔。在圖12中，描繪3-D濾波器模型沿著一對電感性耦合的腔的橫截面。如所展示，經(jīng)由已嵌入于露出所述對的腔的PCB中的條帶線123將信號導(dǎo)引到所述腔及從所述腔導(dǎo)引信號。前述條帶線使用金屬表面121及122作為上部及下部接地平面，而表面121還用于附著在共振腔的3-D部分上。使用銅通孔124連接這些條帶線與上部接地平面層121的饋送圓盤。圖13中展示經(jīng)由通孔及饋送圓盤將信號從條帶線耦合到共振腔的機(jī)構(gòu)的較佳表示。具體來說，在圖13中，輸入/輸出條帶線131將RF信號饋送到已形成于金屬表面130上的耦合圓盤132，除作為條帶線的上部接地平面操作以外，金屬表面130還用于附著3-D共振腔。最終，圖14中描繪圖10的4極切比雪夫濾波器的全波模擬響應(yīng)，其表示前述濾波器結(jié)構(gòu)的以dB為單位的S參數(shù)(縱軸)對所關(guān)注的以GHz為單位的頻帶(橫軸)。根據(jù)這些結(jié)果，跨越濾波器的通帶實現(xiàn)低插入損耗(〈O. 6dB)，同時也實現(xiàn)WCDMA空中接口的下行鏈路Rx頻帶的比50dB更佳的隔離。應(yīng)注意，本發(fā)明耦合機(jī)構(gòu)可不僅用于將信號耦合到單個腔或雙重腔/從單個腔或雙重腔耦合信號，而且在較一般情況中用于將信號耦合到由任意大數(shù)目的腔構(gòu)成的結(jié)構(gòu)/從所述結(jié)構(gòu)耦合信號。為此目的，一般耦合機(jī)構(gòu)包括安裝于PCB上的數(shù)個共振腔，所述PCB具備相同量的嵌入式傳輸線，每一傳輸線具有具備位于共振腔中的不同一者內(nèi)部的金屬化饋送墊的端。每一共振腔具備正交于PCB且通過電容性間隙與所述PCB分離的內(nèi)部短柱。每一金屬化饋送墊在電容性間隙的區(qū)域中面向?qū)?yīng)內(nèi)部短柱的端面并從對應(yīng)內(nèi)部短柱的軸向方向偏移。所述金屬化饋送墊通過電壁進(jìn)一步分離。最后一點是，上文依據(jù)功能塊來描述了本發(fā)明的實施例。依據(jù)上文給出的對這些塊的功能描述，設(shè)計電子裝置的領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了可如何用眾所周知的電子組件來制造這些塊的實施例。因此不再給出所述功能塊的內(nèi)容的詳細(xì)架構(gòu)。盡管上文已結(jié)合特定設(shè)備描述了本發(fā)明的原理，但應(yīng)清楚地理解，此描述僅僅以實例方式做出且并非作為對如在所附權(quán)利要 求書中界定的本發(fā)明范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用以將微波信號從嵌入于印刷電路板PCB (67)中的傳輸線(61)耦合到安裝于所述PCB上的共振腔(60)的耦合機(jī)構(gòu)， 其特征在于所述傳輸線(61)的端具備位于所述PCB (67)的外部層處所述共振腔(60)內(nèi)部的金屬化饋送墊(63)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合機(jī)構(gòu)， 其特征在于所述共振腔￠0)具備正交于所述PCB且通過電容性間隙￠6)與所述PCB分離的凹腔內(nèi)部短柱(64)， 且其特征在于所述金屬化饋送墊￠3)在所述電容性間隙的區(qū)域中面向所述內(nèi)部短柱并從所述內(nèi)部短柱(64)的軸向方向偏移。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合機(jī)構(gòu)， 其特征在于所述共振腔(60)安裝于所述PCB (67)的外部金屬化表面(73)上， 且其特征在于所述金屬化饋送墊(63、71)通過表面電容性間隙(74)與所述外部金屬化表面分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2及3所述的耦合機(jī)構(gòu)，其特征在于所述金屬化饋送墊(63、71)具有由所述表面電容性間隙(74)環(huán)繞且其中心從所述內(nèi)部短柱￠4)的所述軸向方向偏移的圓盤的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合機(jī)構(gòu)，其特征在于所述傳輸線(61)的所述端經(jīng)由至少一個通孔柱￠2)耦合到所述金屬化饋送墊(63)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合機(jī)構(gòu)，其特征在于嵌入于所述PCB(73)中的所述傳輸線(61)為以微條帶或條帶線技術(shù)實施的波導(dǎo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合機(jī)構(gòu)， 其特征在于所述PCB具備輸入嵌入式傳輸線(81)，其輸入端具備輸入金屬化饋送墊；及輸出嵌入式傳輸線(84)，其輸出端具備輸出金屬化饋送墊， 且其特征在于所述輸入及輸出金屬化饋送墊位于所述PCB的所述外部層處所述共振腔內(nèi)部且通過電壁(85)分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耦合機(jī)構(gòu)， 其特征在于所述共振腔具備正交于所述PCB的通過電容性間隙與所述PCB分離的凹腔內(nèi)部短柱， 且其特征在于所述輸入及輸出金屬化饋送墊兩者均在所述電容性間隙的所述區(qū)域中面向所述內(nèi)部短柱的端面并各自從所述內(nèi)部短柱的所述軸向方向偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耦合機(jī)構(gòu)，其特征在于所述電壁(85)由所述PCB中的緊密間隔的銅通孔實施。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耦合機(jī)構(gòu)， 其特征在于安裝于所述PCB上的所述共振腔由構(gòu)建于同一塊(91)內(nèi)的一對電感性耦合的3-D共振腔構(gòu)成， 其特征在于所述對中的輸入共振腔具備正交于所述PCB且通過輸入電容性間隙與所述PCB分離的輸入內(nèi)部短柱，且所述對中的輸出共振腔具備正交于所述PCB且通過輸出電容性間隙與所述PCB分離的輸出內(nèi)部短柱， 其特征在于所述輸入及輸出共振腔通過共用電壁(95)分離，其特征在于膜孔敞口窗(92)提供于所述對中的所述輸入與輸出共振腔之間， 且其特征在于所述輸入金屬化饋送墊實施于所述對中的所述輸入共振腔中，且所述輸出金屬化饋送墊實施于所述對中的所述輸出共振腔中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的耦合機(jī)構(gòu)， 其特征在于所述輸入金屬化饋送墊在所述輸入電容性間隙的所述區(qū)域中面向所述輸入內(nèi)部短柱的所述端面，并從所述輸入內(nèi)部短柱的所述軸向方向偏移，且所述輸出金屬化饋送墊在所述輸出電容性間隙的所述區(qū)域中面向所述輸出內(nèi)部短柱的所述端面，并從所述輸出內(nèi)部短柱的所述軸向方向偏移。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合機(jī)構(gòu)， 其特征在于所述耦合機(jī)構(gòu)包括安裝于所述PCB上的多個共振腔， 其特征在于所述PCB具備多個嵌入式傳輸線，每一嵌入式傳輸線具有具備位于所述多個共振腔中的不同共振腔內(nèi)部的金屬化饋送墊的端， 其特征在于所述共振腔中的每一者具備正交于所述PCB且通過電容性間隙與所述PCB分尚的內(nèi)部短柱， 其特征在于所述金屬化饋送墊中的每一者在所述電容性間隙的所述區(qū)域中面向?qū)?yīng)內(nèi)部短柱的端面并從所述對應(yīng)內(nèi)部短柱的所述軸向方向偏移， 且其特征在于所述金屬化饋送墊通過電壁分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用以將微波信號饋送到3-D PCB安裝式共振腔的耦合機(jī)構(gòu)。將所述微波信號從嵌入于印刷電路板PCB(67)中的傳輸線(61)耦合到安裝于此PCB的外部金屬化表面(73)上的共振腔(60)。所述耦合機(jī)構(gòu)由于以下事實而實施產(chǎn)生高質(zhì)量濾波的易于制作的機(jī)構(gòu)所述傳輸線的端具備位于所述PCB的外部層處所述共振腔內(nèi)部的金屬化饋送墊(63/71)。所述共振腔具備正交于所述PCB且通過電容性間隙(66)與所述PCB分離的凹腔內(nèi)部短柱(64)。所述金屬化饋送墊(63)在所述電容性間隙的區(qū)域中面向所述內(nèi)部短柱并從此內(nèi)部短柱的軸向方向偏移。所述金屬化饋送墊(63、71)通過表面電容性間隙(74)進(jìn)一步與所述PCB的所述外部金屬化表面分離。
文檔編號H01P1/208GK102959794SQ201180031643
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者蒂托斯·柯基諾斯 申請人:阿爾卡特朗訊